KR102591364B1 - 광 센서 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

개시된 광 센서는 경사면을 갖는 반사부를 포함하는 제1전극층, 상기 제1전극층 상에 위치하는 제1반도체층, 상기 제1반도체층 상에 위치하는 제2전극층, 그리고 상기 제2전극층 상에 순차로 위치하는 제1유전체층 및 제2유전체층을 포함하며, 상기 제1유전체층 및 제2유전체층은 서로 다른 유전 상수 값을 갖는다.
또한, 개시된 표시 장치는, 기판 상에 위치하는 복수의 화소 영역, 및 상기 복수의 화소 영역 중 적어도 일부 화소 영역에 형성된 센서부를 포함한다.

Description

광 센서 및 이를 포함하는 표시 장치{PHOTO SENSOR AND DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 광 센서 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
광 센서는 일반적으로 사용자의 반응 감지, 주변 빛을 감지, 문서 스캔, 지문 스캔 등의 기능을 구현하기 위하여 표시 장치에 적용된다.
그러나, 종래의 광 센서는 광 감지 효율이 떨어지기 때문에 이를 표시 장치에 포함시켜도 이러한 기능들이 원활하게 수행되지 않아 표시 장치에 직접 적용하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은, 광 감지 효율이 우수한 광 센서 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하고자 한다.
일 측면에서, 본 발명은, 경사면을 갖는 반사부를 포함하는 제1전극층, 상기 제1전극층 상에 위치하는 제1반도체층, 상기 제1반도체층 상에 위치하는 제2전극층, 그리고 상기 제2전극층 상에 순차로 위치하는 제1유전체층 및 제2유전체층을 포함하며, 상기 제1유전체층 및 제2유전체층은 서로 다른 유전 상수 값을 갖는 광 센서를 제공한다.
이때, 상기 제1유전체층 및 상기 제2유전체층은 하기 식 1을 만족하는 것일 수 있다.
[식 1]
제1유전체층의 유전 상수(ε1) > 제2유전체층의 유전 상수(ε2)
또한, 상기 제1유전체층 및 상기 제2유전체층의 유전 상수 값 차이는 3 내지 60 범위일 수 있다.
여기서, 상기 제1유전체층의 유전 상수 값은 10 내지 60 범위일 수 있다.
또한, 상기 제1유전체층은 하프늄 옥사이드(HfO2), 이트륨 옥사이드(Y2O3), 스트론튬 옥사이드(SrO), 바륨 옥사이드(BaO), 티타늄 옥사이드(TiO) 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
한편, 상기 제2유전체층의 유전 상수 값은 10 이하일 수 있다.
이때, 상기 제2유전체층은 이산화 규소(SiO2), 질화 규소(Si3N4), 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
다음으로, 상기 반사부는 요철 형상으로 이루어질 수있다.
한편, 상기 제2전극층은 인듐 틴 옥사이드 (Indium Tin Oxide, ITO), 인듐 징크 옥사이드 (Indium Zinc Oxide, IZO) 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1반도체층은, 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon); 다결정 규소(polysilicon); 및 갈륨(Ga), 인듐(In), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 주석(Sn) 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 반도체로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은, 기판 상에 위치하는 복수의 화소 영역, 및 상기 복수의 화소 영역 중 적어도 일부 화소 영역에 형성된 센서부를 포함하고, 상기 센서부는 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 광 센서를 포함하는 표시 장치를 제공한다.
이때, 상기 복수의 화소 영역 각각은 발광부, 및 상기 발광부와 전기적으로 연결된 박막 트랜지스터를 포함하고, 상기 박막 트랜지스터는, 제2반도체층, 상기 제2반도체층 상에 위치하며, 상기 제2반도체층과 일부가 중첩하되 이격되어 위치하는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함할 수 있다.
다음으로, 상기 제2반도체층은 갈륨(Ga), 인듐(In), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 및 주석(Sn) 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 반도체층일 수 있다.
이때, 상기 제2반도체층은 인듐-갈륨-아연 산화물을 포함하고, 상기 제1반도체층은 수소화 비정질 규소를 포함할 수 있다.
또한, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극은, 상기 제1전극층과 동일한 층에 위치할 수 있다.
한편, 본 발명에서, 상기 광 센서는 보상 센서일 수 있다.
또는, 본 발명에서, 상기 광 센서는 터치 센서일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서는 광 감지 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광 센서는 보상 센서로 기능할 수 있기 때문에 이를 표시 장치에 적용하는 경우, 표시 장치의 휘도 균일성을 확보할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 광 센서는 터치 센서로도 기능할 수 있기 때문에 이를 표시 장치에 적용하는 경우, 얇은 두께와 우수한 화질을 가지면서도 터치 감지 기능이 우수한 표시 장치를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도를 나타낸 것이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 공정을 순서대로 나타낸 것이다.
도 9 및 도 10은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도를 나타낸 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때 이는 다른 부분의 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 그리고 "~위에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것을 의미하며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하지 않는다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 도면에 나타난 각 구성의 크기 및 두께 등은 설명의 편의를 위해 임의로 나타낸 것이므로, 본 발명은 도시한 바로 한정되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서(201)는, 제1전극층(250), 제1반도체층(251), 제2전극층(252), 제1유전체층(310) 및 제2유전체층(311)을 포함한다.
먼저, 제1전극층(250)은 기판(110) 상에 위치한다.
이때, 기판(110)은 유리, 금속 또는 합성 수지 등과 같은 경성 재질로 이루어지거나, 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate, PET), 폴리에테르술폰(PES, polyethersulphone), 폴리아크릴레이트(PAR, polyacrylate), 폴리에테르 이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, polyethyelenen napthalate), 폴리에틸렌테레프탈레이드(PET, polyethyeleneterepthalate), 폴리페닐렌 설파이드(PPS, polyphenylene sulfide), 폴리아릴레이트(PA, polyallylate) 또는 트리아세틸셀룰로오스(TAC, triacetyl cellulose) 등과 같은 연성 재질로 이루어질 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명에서 상기 기판(110)은 종류, 성질 또는 재질과 같은 다양한 물성에 의해 제한되지 않는다.
그리고, 기판(110) 위에는 불순 원소의 침투를 방지하며, 표면을 평탄화하는 역할을 하는 버퍼층(120)이 위치할 수 있다.
이때, 상기 버퍼층(120)은 상기한 바와 같은 기능을 수행할 수 있는 다양한 물질로 형성될 수 있으며 단일막 또는 이중막 이상의 다중막 구조로 형성될 수 있다. 버퍼층(120) 형성 물질로는, 예를 들면, 질화 규소(SiNx)막, 산화 규소(SiOy)막, 산질화 규소(SiOxNy)막 중 어느 하나가 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 본 발명에서 버퍼층(120)은 반드시 필요한 구성은 아니며, 기판(110)의 종류 및 공정 조건에 따라 생략될 수도 있다.
다음, 상기 버퍼층(120) 위에는 게이트 절연막(140)이 배치되어 있다. 게이트 절연막(140)은 테트라에톡시실란(tetra ethyl ortho silicate, TEOS), 질화 규소 및 산화 규소 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 단층 또는 복수층으로 형성될 수 있다.
또한, 게이트 절연막(140) 위에는 무기 재료 및 유기 재료 중 하나 이상을 포함하는 식각 저지층(160)이 위치하며, 식각 저지층(160) 역시 단층 또는 복층으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 식각 저지층(160)은 그 위에 위치하는 제1전극층(250)이 경사면을 갖는 반사부를 포함하기 때문에 일부 영역이 상기 제1전극층(250)의 반사부와 대응하는 요철 형상을 포함할 수 있다.
다만, 본 발명에서, 상기 제1전극층(250)이 위치하는 층은 상기 식각 저지층(160)으로 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 버퍼층(120), 게이트 절연막(140) 및 식각 저지층(160) 중 적어도 하나는 생략될 수 있으며, 이 경우, 제1전극층(250)이 위치하는 층에 제1전극층(250)의 반사부와 대응하는 요철 형상이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 버퍼층(120), 게이트 절연막(140) 및 식각 저지층(160)이 모두 생략되는 경우에는 기판(110) 위에 제1전극층(250)의 반사부와 대응하는 요철 형상이 형성될 수도 있다.
다음으로, 상기 식각 저지층(160) 중 요철 형상이 형성된 일부 영역 위에 제1전극층(250)이 위치한다.
이러한 제1전극층(250)은 경사면을 갖는 반사부를 포함한다. 보다 구체적으로, 경사면을 갖는 반사부는 요철 형상을 포함할 수 있다. 도 1에는 이러한 요철 형상으로 기판을 향하여 v자형의 함몰 형상이 연속하여 형성된 형상을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 요철 형상은 기판 측으로 함몰된 형상을 포함하기만 하면 되고, v자형, u자형, 돔형, 또는 이들의 조합 등 다양한 함몰 형상을 가질 수 있으며, 그 형태가 한정되는 것은 아니다.
다음, 상기 제1전극층(250) 위에는 제1전극층(250)과 중첩되도록 제1반도체층(251)이 위치한다. 제1반도체층(251)은 증착에 의해 형성되므로, 제1전극층(250)과 동일한 요철 형상을 가질 수 있다.
이러한 제1반도체층(251)은 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon)(비정질 규소는 약칭 a-Si로 씀), 다결정 규소(polysilicon), 및 갈륨(Ga), 인듐(In), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 주석(Sn) 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 반도체로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1반도체층(251) 위에는 제1반도체층(251)과 중첩되도록 제2전극층(252)이 위치한다.
제2전극층(252)은 투명 전극을 형성하는 물질을 제한 없이 이용할 수 있으며, 예를 들면, 인듐 틴 옥사이드 (Indium Tin Oxide, ITO), 인듐 징크 옥사이드 (Indium Zinc Oxide, IZO) 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
다음으로, 상기 제2전극층(252) 위에는 서로 다른 유전 상수 값을 갖는 제1유전체층(310) 및 제2유전체층(311)이 순차로 위치한다.
특히, 상기 제1유전체층(310) 및 상기 제2유전체층(311)은 하기 식 1을 만족하는 것이 바람직하다.
[식 1]
제1유전체층의 유전 상수(ε1) > 제2유전체층의 유전 상수(ε2)
이때, 상기 제1유전체층(310) 및 상기 제2유전체층(311)의 유전 상수 값의 차이는 3 내지 60 범위일 수 있고, 보다 구체적으로, 5 내지 60 범위 또는 7 내지 60 범위일 수 있다. 제1유전체층(310) 및 제2유전체층(311)의 유전 상수 값의 차이가 상기 수치 범위를 만족하는 경우, 광 센서(201)에 유입되는 빛을 제1유전체층(310)과 제2유전체층(311) 계면에서 전반사 시킬 수 있는 각도가 커지기 때문에 광 센서(201)의 광 감지 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 제1유전체층(310)의 유전 상수 값은 10 내지 60 범위일 수 있다.
예를 들면, 상기 제1유전체층(310)은 하프늄 옥사이드(HfO2), 이트륨 옥사이드(Y2O3), 스트론튬 옥사이드(SrO), 바륨 옥사이드(BaO), 티타늄 옥사이드(TiO) 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 하프늄 옥사이드(HfO2)의 유전 상수 값은 대략 20 정도, 이트륨 옥사이드(Y2O3)의 유전 상수 값은 대략 10 정도, 스트론튬 옥사이드(SrO)의 유전 상수 값은 대략 15 정도, 바륨 옥사이드(BaO)의 유전 상수 값은 대략 30, 티타늄 옥사이드(TiO)의 유전 상수 값은 대략 60 정도이다.
한편, 상기 제2유전체층(311)의 유전 상수 값은 10 이하의 범위일 수 있다.
예를 들면, 상기 제2유전체층(311)은 이산화 규소(SiO2), 질화 규소(Si3N4), 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 이산화 규소(SiO2)의 유전 상수 값은 대략 4 정도이고, 질화 규소(Si3N4)의 유전 상수 값은 대략 7 정도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서(201)는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 광 신호로부터 전기적 신호(전류 또는 전압)을 얻는 장치로서, 광 검출 기능을 갖도록 이루어진 반도체 소자이다. 상기 광 센서(201)는 광자 흡수에 의해 전자 또는 정공이 생성됨으로써 광 센서(201)의 전도도가 광 신호에 따라 변조되는 원리를 이용한다. 즉, 광 센서(201)의 전류는 캐리어의 광학적 생성률에 따라 변화하며, 이러한 특성을 이용하여 시간에 따라 변화하는 광 신호를 전기적 신호로 변환시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 광 센서(201)에서는 제1전극층(250) 및 제2전극층(252)에 각각 애노드(ANODE) 전압과 캐소드(CATHODE) 전압을 인가함으로써, 제1전극층(250)과 제2전극층(252) 사이에 위치하는 제1반도체층(251)에서 광 센서(201)에 유입되는 빛 에너지를 흡수하여 전하를 생성하고, 축적함에 따라 이를 전기적 신호로 변환시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서(201)는 상기한 바와 같이, 경사면을 갖는 반사부를 포함하는 제1전극층(250)과 제2전극층(252) 위에 유전 상수 값이 다른 제1유전체층(310) 및 제2유전체층(311)이 위치하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구조를 갖는 경우, 광 센서(201)에 유입되는 빛의 전반사 율이 높아지기 때문에 광 감지 효율을 현저하게 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치의 구성을 도시한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도를 나타낸 것이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(101)는 표시 영역(DE)에 형성된 복수의 화소 영역(PX)을 포함한다. 이때, 상기 복수의 화소 영역(PX) 중 적어도 일부 화소 영역(PX)에는 센서부(SP)가 형성되고, 복수의 화소 영역(PX) 각각에는 발광부(EP)가 형성된다. 즉, 발광부(EP)는 모든 화소 영역들(PX)에 각각 형성되나, 센서부(SP)는 모든 화소 영역들(PX)에 형성될 수도 있고, 일부 화소 영역들(PX)에만 형성될 수도 있다.
또한, 상기 표시 장치(101)는 발광부(EP)와 연결되어 발광부(EP)를 구동하는 발광 구동부(911, 912)와, 센서부(SP)와 연결되어 센서부(SP)를 구동하는 센서 구동부(921, 922)를 더 포함한다.
여기서, 발광 구동부는 발광부(EP)에 데이터 신호를 공급하는 제1발광 구동부(911)와, 발광부(EP)에 게이트 신호를 공급하는 제2발광 구동부(912)를 포함한다.
또한, 센서 구동부는 센서부(SP)로부터 검출 신호를 공급받는 제1센서 구동부(921)와 센서부(SP)에 리셋 신호를 공급하는 제2센서 구동부(922)를 포함한다.
또한, 상기 표시 장치(101)는 발광 구동부(911, 912)를 제어하는 발광 제어부(910)와 센서 구동부(921, 922)를 제어하는 센서 제어부(920), 그리고 발광 제어부(910) 및 센서 제어부(920)와 연결된 메인 제어부(900)를 더 포함한다.
이때, 발광 제어부(910)는 제1발광 구동부(911)와 제2발광 구동부(912)를 제어하고, 센서 제어부(920)는 제1센서 구동부(921)와 제2센서 구동부(922)를 제어한다. 또한, 센서 제어부(920)는 제1센서 구동부(921)로부터 전달받은 검출 신호를 해석한다.
메인 제어부(900)는 각종 연산 처리 등을 행하기 위해 CPU(Central Processing Unit), 화상 처리용 연산 회로, 및 메모리 회로 등을 포함한다.
한편, 본 발명은 전술한 바에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 각 구동부(911, 912, 921, 922) 및 제어부(910, 920, 900)의 구성 및 역할은 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
또한, 상기 발광부(EP) 및 센서부(SP)의 정보 입력 과정 및 출력 과정에 대한 구체적인 내용은 후술하기로 한다.
본 발명의 일 실시예 따른 표시 장치(101)에서, 상기 복수의 화소 영역 각각은 발광부(EP) 및 센서부(SP)를 포함한다.
상기 센서부(SP)는 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서(201)를 포함하며, 광 센서(201)의 구체적인 구조는 전술한 것과 동일하므로 여기서는 생략하기로 한다. 다만, 후술할 화소 정의막, 공통 전극 및 밀봉층은 표시 장치 제조시 기판 전면에 형성될 수 있으므로, 센서부(SP)의 제2유전체층(311)의 상부에는 이들 층이 순차로 형성되어 위치할 수 있다.
다음, 발광부(EP)의 구조를 살펴보기로 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(101)는, 기판(110)과 기판(110) 위에 배치되는 복수의 박막 구조물을 포함한다.
먼저, 기판(110) 위에는 버퍼층(120) 및 게이트 절연막(140)이 순차로 위치하고 있으며, 이들 각 구성에 대해서는 광 센서(201)에서 설명한 것과 동일하므로 여기서는 생략하기로 한다.
상기 버퍼층(120)과 게이트 절연막(140) 사이에는 게이트 전극(124)이 위치한다. 여기서, 게이트 전극(124)은, 예를 들면, 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 철(Fe), 몰리브덴(Mo) 등의 금속을 포함할 수 있다. 즉, 게이트 전극(124)은 광 반사성 금속으로 형성될 수 있다.
또한, 게이트 절연막(140) 위에는 제2반도체층(154)이 위치한다.
제2반도체층(154)은 갈륨(Ga), 인듐(In), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 및 주석(Sn) 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 반도체층일 수 있다.
특히 본 발명에서, 상기 제2반도체층(154)은 인듐-갈륨-아연 산화물(InGaZnO4)을 포함할 수 있으며, 이때, 센서부(SP)의 제1반도체층(251)은 수소화 비정질 규소를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 이러한 제2반도체층(154) 위에는, 필요에 따라, 고온에 노출되는 등의 외부 환경에 취약한 산화물 반도체를 보호하기 위해 별도의 보호층이 추가될 수 있다.
다음으로, 식각 저지층(160)은 제2반도체층(154) 위에 위치하며, 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175) 각각이 접촉하는 접촉 구멍(61, 62)을 포함한다.
따라서, 식각 저지층(160) 중 제2반도체층(154)과 중첩하여 위치하는 영역의 양 단부 각각은 소스 전극(173)과 제2반도체층(154) 사이 및 드레인 전극(175)과 제2반도체층(154) 사이 각각에 위치할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 식각 저지층(160)은 하프톤 마스크를 이용하여 접촉 구멍(61, 62)들과 동시에 형성될 수 있다.
식각 저지층(160) 위에서 제2반도체층(154)과 중첩하는 양 단부 영역에는 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)이 위치한다. 따라서, 접촉 구멍(61)을 통해서 소스 전극(173)은 제2반도체층(154)의 일 단부와 접촉하고 있고, 접촉 구멍(62)을 통해서 드레인 전극(175)은 제2반도체층(154)의 타 단부와 접촉하여 전기적으로 연결된다. 이때, 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 Al, Ti, Mo, Cu, Ni 또는 이들의 합금과 같이 저저항 물질 또는 부식이 강한 물질을 단층 또는 복수층으로 형성할 수 있다. 예를 들면, Ti/Cu/Ti, Ti/Ag/Ti, Mo/Al/Mo의 삼중층일 수 있다.
이때, 상기 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 전술한 센서부(SP)의 제1전극층(250)과 동일한 층에 위치할 수 있다. 이 경우, 동일한 공정에서 이들 층을 동시에 형성할 수 있는 이점이 있다.
이와 같이 게이트 전극(124), 제2반도체층(154), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 박막 트랜지스터(Qd)를 이룬다.
소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 위에는 평탄화막(180)이 형성되어 있다.
이때, 상기 평탄화막(180)은 아크릴계 수지(polyacrylates resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드계 수지(polyamides resin), 폴리이미드계 수지(polyimides rein), 불포화 폴리에스테르계 수지(unsaturated polyesters resin), 폴리페닐렌계 수지(poly phenylenes resin), 폴리페닐렌설파이드계 수지(poly phenylenesulfides resin), 및 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene, BCB) 중 하나 이상의 물질 등으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 평탄화막(180)은 광 센서(201)를 이루는 제1유전체층(310) 및/또는 제2유전체층(311)을 형성하는 재료를 이용하여 형성될 수도 있다.
또한, 평탄화막(180)은 그 위에 형성될 유기 발광 소자의 발광 효율을 높이기 위해 단차를 없애고 평탄한 표면을 가질 수 있다. 또한, 평탄화막(180)은 드레인 전극(175)을 노출하는 접촉 구멍(185)을 포함한다.
한편, 상기 평탄화막(180) 위에는 유기 발광 다이오드(OLED) 및 화소 정의막(350)이 배치되어 있다.
이때, 유기 발광 다이오드(OLED)는 화소 전극(191), 유기 발광층(360) 및 공통 전극(270)을 포함한다. 본 발명에서는 상기 화소 전극(191) 및 공통 전극(270)이 복수로 형성될 수도 있으며, 상기 화소 전극(191) 및 공통 전극(270) 중 하나가 정공 주입 전극으로서 기능하는 애노드(anode) 전극일 수 있고, 나머지 하나가 전자 주입 전극으로 기능하는 캐소드(cathode) 전극일 수 있다.
상기 화소 전극(191)은 평탄화막(180) 위에 배치되어 있고, 평탄화막(180)에 형성된 접촉 구멍(185)을 통해서 박막 트랜지스터(Qd)의 드레인 전극(175)과 물리적, 전기적으로 연결되어 있다. 즉, 화소 전극(191)은 드레인 전극(175)으로부터 전기적 신호를 전달받아 유기 발광층(360)에 전자 또는 정공을 전달하여 본 실시예에 따른 표시 장치(101)를 작동시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치(101)는 복수의 화소(PX) 각각에 배치된 복수의 화소 전극(191)을 포함한다. 이때, 복수의 화소 전극(191)은 서로 이격 배치된다.
다음으로, 평탄화막(180) 위에는 화소 전극(191)과 적어도 일부가 중첩되거나 중첩되지 않게 위치하는 개구부(355)가 형성된 화소 정의막(350)이 위치할 수 있다. 즉, 화소 정의막(350) 사이에는 각 화소에 대응하는 복수의 개구부(355)가 형성되어 있으며, 화소 전극(191)의 적어도 일부와 중첩되거나 중첩되지 않게 위치하는 화소 정의막(350)의 개구부(355)는 각 화소(PX) 영역을 정의할 수 있다.
이때, 화소 전극(191)은 화소 정의막(350)의 개구부(355)에 대응하도록 배치된다. 그러나, 화소 전극(191)은 반드시 화소 정의막(350)의 개구부(355)에만 배치되는 것은 아니며, 도 3에 도시된 바와 같이, 화소 전극(191)의 일부가 화소 정의막(350)과 중첩되도록 화소 정의막(350) 아래에 배치될 수도 있다.
한편, 상기 화소 정의막(350)은 기판(110) 전면에 형성되므로 센서부(SP)의 제2유전체층(311) 위에도 소정의 두께를 갖는 화소 정의막(350)이 위치할 수 있다.
다음으로, 화소 정의막(350)의 개구부(355) 내에 위치하는 화소 전극(191) 위에는 유기 발광층(360)이 위치할 수 있다.
이때, 상기 유기 발광층(360)은 발광층, 정공 주입층(hole-injection layer, HIL), 정공 수송층(hole-transporting layer, HTL), 전자 수송층(electron-transporting layer, ETL) 및 전자 주입층(electron-injection layer, EIL) 중 하나 이상을 포함하는 복수층으로 이루어질 수 있다. 유기 발광층(360)이 이들 모두를 포함할 경우 정공 주입층이 애노드 전극인 화소 전극(191) 위에 위치할 수 있고 그 위로 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층이 차례로 적층될 수 있다. 또한, 상기 유기 발광층(360)은 저분자 유기물 또는 PEDOT(Poly 3,4-ethylenedioxythiophene) 등의 고분자 유기물로 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 유기 발광층(360)은 적색을 발광하는 적색 유기 발광층, 청색을 발광하는 청색 유기 발광층 및 녹색을 발광하는 녹색 유기 발광층 중 적어도 하나일 수 있다. 이때, 적색 유기 발광층, 청색 유기 발광층 및 녹색 유기 발광층은 각각 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소에 형성되어 컬러 화상을 구현하게 된다.
이러한 유기 발광층(360)은 잉크젯 프린팅이나 노즐 프린팅과 같은 인쇄 공정으로 형성될 수도 있고, 마스크를 이용하여 형성할 수도 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다.
경우에 따라, 상기 유기 발광층(360)은 적색 유기 발광층, 녹색 유기 발광층 및 청색 유기 발광층을 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소에 모두 함께 적층하고, 각 화소별로 적색 색필터, 청색 색필터 및 녹색 색필터를 형성하여 컬러 화상을 구현할 수도 있다.
다음, 유기 발광층(360) 위에는 공통 전극(270)이 위치할 수 있다. 이때, 공통 전극(270)은 기판(110) 전면에 형성되므로, 센서부(SP)의 상기 화소 정의막(350) 위에도 공통 전극(270)이 위치할 수 있다.
이와 같이, 화소 전극(191), 유기 발광층(360) 및 공통 전극(270)을 포함하는 유기 발광 다이오드(OLED)가 형성된다.
이때, 화소 전극(191) 및 공통 전극(270)은 각각 투명한 도전성 물질로 형성되거나 반투과형 또는 반사형 도전성 물질로 형성될 수 있다. 특히, 반사성 도전 물질로는, 예를 들면, 리튬(Li), 칼슘(Ca), 플루오르화리튬/칼슘(LiF/Ca), 플루오르화리튬/알루미늄(LiF/Al), 알루미늄(Al), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 또는 금(Au) 등이 있다.
공통 전극(270) 위에는 밀봉층(encapsulation layer)(310)이 형성될 수 있다. 밀봉층(310)은 유기 발광층(360) 및 공통 전극(270)을 밀봉(encapsulation)하여 외부로부터 수분 및/또는 산소가 침투하는 것을 방지할 수 있다. 밀봉층(310)의 윗면은 평탄할 수 있다. 밀봉층(310)은 복수의 박막층을 포함할 수 있다. 예를 들어 밀봉층(310)은 무기막과 유기막 중 적어도 하나를 포함하는 다층 구조를 가질 수 있다.
다음으로, 상기 밀봉층(310) 위에는 편광 필름(320)이 배치된다.
상기 편광 필름(320)은 밀봉층(310)을 거쳐 외부로 출사되는 빛의 광축을 변환시킨다. 일반적으로 편광 필름(320)은 폴리비닐알코올계 수지로 이루어진 편광자의 양면 또는 한쪽 면에 투명 보호필름이 적층된 구조로 되어 있다.
그러나, 본 발명에서 상기 편광 필름(320)은 이에 한정되지 않고, 다양한 구조 및 재질로 이루어진 편광 필름이 사용될 수 있다.
한편, 상기 밀봉층(310) 및 편광 필름(320) 역시 기판(110) 전면에 형성되므로, 센서부(SP)의 공통 전극(270) 위에도 밀봉층(310) 및 편광 필름(320)이 위치할 수 있다.
그러면, 이해를 돕기 위하여, 도 3의 구조를 갖는 광 센서(201)를 포함하는 표시 장치(101)를 제조하는 과정의 예를 도 4 내지 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.
도 4 내지 도 8은 도 3의 구조를 갖는 표시 장치(101)를 형성하는 공정을 순차적으로 나타낸 것이다.
먼저, 도 4에 도시한 바와 같이, 기판(110) 상에 버퍼층(120) 형성하고, 그 위에 게이트 전극(124)을 형성한다.
이때, 버퍼층(120)은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 등의 방법을 이용하여 전술한 버퍼층 형성 재료를 도포함으로써 형성할 수 있고, 게이트 전극(124)은 전술한 금속 재료를, 예를 들면, 스퍼터링 등에 의해 증착한 뒤, 패터닝하여 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 게이트 전극(124)이 형성된 기판(110) 전면에 게이트 절연막(140)을 형성한다. 이때, 게이트 절연막(140)은 전술한 재료를 이용하여, 예를 들면, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 등의 방법으로 도포될 수 있다.
그 후, 전술한 제2반도체층(154) 형성 재료를 이용하여, CVD(Chemical Vapor Deposition) 등의 방법으로 소정의 두께로 도포한 뒤, 이를 소정의 형상, 예를 들면, 섬모양 형상 등으로 패터닝 하여 제2반도체층(154)을 형성한다.
다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 식각 저지층(160)을 형성한다. 식각 저지층(160)은 무기 또는 유기 재료 중 하나 이상을 소정의 두께로 형성한 후, 예를 들면, 포토리소그래피 공정을 이용하여 패터닝 하는 방법으로 형성할 수 있다. 이때, 하프톤 마스크를 이용하여 발광부(EP)의 접촉구멍들(61, 62)과 센서부(SP)의 제1전극층(250) 형성을 위한 영역인 요철이 형성된 영역을 동시에 형성할 수 있다.
이 후, 도 6에 도시된 바와 같이, 금속층을 스퍼터링 등에 의해 증착한 뒤 패터닝 하여 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)과 함께 제1전극층(250)을 형성한다.
따라서, 본 발명에서 제1전극층(250)은 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)과 동일한 층에 위치한다.
다음으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1전극층(250) 위에 제1반도체층(251) 및 제2전극층(252)을 순차로 형성한다. 제1반도체층(251) 및 제2전극층(252)은 당해 기술분야에 잘 알려진 방법을 이용하여 형성할 수 있으며, 예를 들면, 금속층을 스퍼터링 등에 의해 증착한 뒤 패터닝 하는 방법 등으로 수행될 수 있다.
그 후, 도 8에 도시된 바와 같이, 센서부(SP)에 전술한 제1유전체층(310) 형성 재료를 소정의 두께로 도포하여 제1유전체층(310)을 형성한다.
그리고, 발광부(EP) 및 센서부(SP) 전체에 동일한 재료를 이용하여 소정의 두께로 각각 도포함으로써 발광부(EP)에는 평탄화막(180)을 형성하고, 센서부(SP)에는 제2유전체층(311)을 형성한다.
이때 평탄화막(180)은 하프톤 마스크를 이용하여 접촉 구멍(185)을 포함하도록 하여 이후 패터닝되는 화소 전극(191)과 드레인 전극(175)이 접촉될 수 있도록 한다.
다음으로, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 평탄화막(180) 위에 화소 전극(191), 화소 정의막(350), 유기 발광층(360), 공통 전극(270) 및 밀봉층(310)을 순차로 형성하여 표시 소자층을 완성한다. 이때, 화소 정의막(350), 공통 전극(270) 및 밀봉층(310)은 기판(110) 전면에 형성하기 때문에 센서부(SP)의 제2유전체층(311) 위에도 이들 층이 순차로 위치할 수 있다.
이후 접착제 등을 이용하여 편광 필름(320)을 부착하면 도 3과 같은 구조를 갖는 광 센서(201)를 포함하는 표시 장치(101)를 제조할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 표시 장치(101)에서 상기 광 센서(201)는 보상 센서로 기능할 수 있다.
전술한 표시 장치(101)에서는, 예를 들면, 데이터 신호 또는 데이터 전압에 따라 박막 트랜지스터의 드레인 전극 및 소스 전극간에 흐르는 전류를 제어하여 유기발광 소자의 발광 량을 조절할 수 있다. 이때, 높은 구동 전류가 유기 발광 소자에 인가되는 경우에는 유기 발광 소자의 열화가 진행되어 표시 장치(101)의 휘도가 불균일하게 되는 문제점이 있었다.
그런데, 이러한 표시 장치(101)에 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서(201)를 포함하는 경우, 각 화소 영역의 발광부에서 발생된 광을 전반사를 통해 광 센서(201)에 전달하여 각 화소 영역의 휘도를 센싱할 수 있다.
도 3에는 본 발명에 다른 광 센서(201)가 보상 센서로 기능하는 경우를 예시적으로 나타내었다.
즉, 본 발명에 따른 광 센서(201)가 보상 센서로 기능하는 경우, 도 3에 나타낸 바와 같이, 각 화소 영역에서 발광되는 내부 광(1100)을 광 센서(201)가 센싱하여 일부 화소 영역의 휘도 저하가 발생하면 해당 화소 영역에 데이터 전압을 더 인가하는 신호를 보내 열화를 보상하는 보상하는 기능을 수행할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 2와 함께 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치에서, 센서부(SP)는 제1전극층(250), 제1반도체층(251), 제2전극층(252), 제1유전체층(310) 및 제2유전체층(311)을 포함하는 광 센서(201)를 이용하여 수광한 빛을 전기 신호로 변환하여 센서 구동부(921, 922)에 전달한다. 다음, 센서 제어부(920)는 센서 구동부(921, 922)가 전달받은 검출 신호를 해석하여 데이터 전압의 인가가 더 필요한 위치를 판단한다.
그리고, 메인 제어부(900)는 센서 제어부(920)에 의해 판독된 정보에 기초하여 발광 제어부(910)에 아날로그 신호를 전달한다. 발광 제어부(910)는 이를 디지털 신호로 변환하여 발광 구동부(911, 912)에 전달하고, 발광 구동부(911, 912)는 각 발광부(EP)에 데이터 신호를 전달한다. 발광부(EP)는 전달받은 데이터 신호에 따라 전압을 더 인가함으로써 표시 장치(101)의 휘도 균일성을 유지할 수 있게 된다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서(201)는 광 감지 효율이 우수하기 때문에 이를 보상 센서로서 표시 장치(101)에 적용하는 경우 우수한 휘도 균일성을 갖는 표시 장치(101)를 얻을 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 표시 장치(101)에서 상기 광 센서(201)는 터치 센서로 기능할 수도 있다.
본 발명에서 광 센서(201)가 터치 센서로 기능하는 경우, 이는 사용자가 화면 위에 손가락이나 터치 펜(touch pen) 등을 접촉하여 문자를 쓰거나 그림을 그리는 경우 표시 장치(101)가 화면에 가한 빛 등의 변화를 감지함으로써 물체가 화면에 접촉하였는지 여부 및 그 접촉 위치 등의 접촉 정보를 알아내는 것이다. 표시 장치(101)는 이러한 접촉 정보에 기초하여 영상 신호를 입력 받을 수 있다.
한편, 일반적으로 터치 감지 기능을 갖는 표시 장치(101)의 경우, 별도로 터치 패널을 제작하여 표시 패널과 결합시키는 방법 등으로 만들어지고 있다.
그러나, 터치 패널을 별도로 제작할 경우, 표시 장치(101)의 전체적인 두께가 증가하고, 터치 패널이 표시 패널을 가려 표시 패널에서 표시되는 화상의 품질을 저하시키는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명과 같이 표시 장치(101)에 직접 광 센서(201)를 포함시키는 경우, 얇은 두께를 가짐과 동시에 화상 품질이 우수한 터치 감지 기능을 갖는 표시 장치(101)를 구현할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서(201)는 광 감지 효율이 우수하기 때문에 접촉 정보의 정확도를 현저하게 향상시킬 수 있다.
도 9 및 도 10은 각각 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도를 나타낸 것이다.
보다 구체적으로, 도 9는 외부 광 환경인 경우 본 발명의 광 센서(201)가 위치 정보를 감지하는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 내부 광 환경인 경우 본 발명의 광 센서(201)가 위치 정보를 감지하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 외부 광 환경인 경우, 표시 장치(101)의 상부에 손가락 등의 물체가 근접하면 근접한 물체가 위치하는 부분에는 외부 광(1200)이 입사되지 않기 때문에 광 센서(201)에 유입되는 광의 양이 줄어든다. 그리고, 물체가 위치하지 않는 부분에 위치하는 부분의 광 센서(201)에는 유입되는 외부 광(1200)의 양이 상대적으로 많게 된다. 따라서, 광 센서(201)에서 발생한 감지 신호를 바탕으로 다른 위치와 비교할 때 상대적으로 광 센서(201)에 감지되는 광량이 적은 위치 정보를 파악함으로써 물체의 접촉 유무, 접촉 위치, 형상 및 크기 등에 대한 접촉 정보를 얻을 수 있다.
도 10을 참조하면, 내부 광 환경인 경우, 표시 장치(101)의 상부에 손가락 등의 물체가 근접하면 발광부(EP)에서 출사된 내부 광(1300)은 근접한 물체가 위치하는 부분에서 반사된다. 반사된 광은 광 센서(201)에 입사되므로 광 센서(201)에서 발생한 감지 신호를 바탕으로 다른 위치와 비교할 때 상대적으로 광량이 많은 위치 정보를 파악함으로써 물체의 접촉 유무 접촉 위치, 형상 및 크기 등에 대한 접촉 정보를 얻을 수 있다.
따라서, 상기 광 센서(201)가 터치 센서로 기능하는 경우에도 표시 장치(101)의 발광부(EP) 및 센서부(SP)의 구조 및 정보 입력 과정과 정보 출력 과정은 보상 센서로 기능하는 경우와 동일하다. 다만, 메인 제어부(900)의 알고리즘은 달라질 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서는 광 감지 효율이 우수하기 때문에 이를 터치 센서로서 표시 장치에 적용하는 경우 우수한 터치 감지 성능을 갖는 표시 장치를 얻을 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
250: 제1전극층
251: 제1반도체층
252: 제2전극층
310: 제1유전체층
311: 제2유전체층
201: 광 센서
110: 기판
PX: 화소 영역
EP: 발광부
SP: 센서부
Qd: 박막 트랜지스터

Claims (17)

  1. 경사면을 갖는 반사부를 포함하는 제1전극층;
    상기 제1전극층 상에 위치하는 제1반도체층;
    상기 제1반도체층 상에 위치하는 제2전극층; 그리고
    상기 제2전극층 상에 순차로 위치하는 제1유전체층 및 제2유전체층;
    을 포함하며,
    상기 제1유전체층은 상기 제2유전체층보다 유전 상수가 크고,
    상기 제1유전체층은 상기 제2유전체층보다 상기 제2전극층에 인접하게 위치하는 광 센서.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1유전체층 및 상기 제2유전체층의 유전 상수 값 차이는 3 내지 60 범위인 광 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1유전체층의 유전 상수 값은 10 내지 60 범위인 광 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1유전체층은 하프늄 옥사이드(HfO2), 이트륨 옥사이드(Y2O3), 스트론튬 옥사이드(SrO), 바륨 옥사이드(BaO), 티타늄 옥사이드(TiO) 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 광 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2유전체층의 유전 상수 값은 10 이하인 광 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2유전체층은 이산화 규소(SiO2), 질화 규소(Si3N4), 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 광 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반사부는 요철 형상으로 이루어진 광 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2전극층은 인듐 틴 옥사이드 (Indium Tin Oxide, ITO), 인듐 징크 옥사이드 (Indium Zinc Oxide, IZO) 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 광 센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1반도체층은
    수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon);
    다결정 규소(polysilicon); 및
    갈륨(Ga), 인듐(In), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 주석(Sn) 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 반도체로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 광 센서.
  11. 기판 상에 위치하는 복수의 화소 영역; 및
    상기 복수의 화소 영역 중 적어도 일부 화소 영역에 형성된 센서부;
    를 포함하고,
    상기 센서부는 제1항 또는 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항의 광 센서를 포함하는 표시 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 화소 영역 각각은 발광부; 및
    상기 발광부와 전기적으로 연결된 박막 트랜지스터를 포함하고,
    상기 박막 트랜지스터는,
    제2반도체층,
    상기 제2반도체층 상에 위치하며, 상기 제2반도체층과 일부가 중첩하되 이격되어 위치하는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 표시 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2반도체층은 갈륨(Ga), 인듐(In), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 및 주석(Sn) 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 반도체층인 표시 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2반도체층은 인듐-갈륨-아연 산화물을 포함하고,
    상기 제1반도체층은 수소화 비정질 규소를 포함하는 표시 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극은,
    상기 제1전극층과 동일한 층에 위치하는 표시 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 광 센서는 보상 센서인 표시 장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 광 센서는 터치 센서인 표시 장치.
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